李息此举也是不得以而为之，他们现在孤军深入，不知道主力有没有进入大漠，匈奴人紧跟其后，数倍于几，绕道返回已不太可能。他们只有两种选择，一是死战，二是投降。
大汉与匈奴的作战中投降之人并不少，匈奴军中有不少汉人，汉军中也有许多胡人，当初赵信所部就因为多数都是匈奴人，所以在被包围的情况下选择了投降。可李息的两万人马不是这样，他们是北军，尤其是李息的羽林骑，出生建章营，都是朝中功臣良将之后，是刘彻嫡系中的嫡系，让他们投降不如直接杀了他们算了。
现在，他们只得全力一战，就是死也要给匈奴人以重创。
实际上，李息只知道匈奴人离他只有一天的路程，却不知道刘据率领的汉军主力离匈奴人也只差一天的路程，而且乌维已经为这前后两支汉军伤透了脑筋。而且乌维犯了一个致命的错误，他以为李息深入大漠是汉军的策略，事先的安排，完全没想到是李息一个人自作主张，而且两支汉军已经失去了联系。
乌维在痛苦的思考了半天之后，决定还是先消灭李息的部队，然后再视情况而定，是走还是留。而同时，李息也决定与匈奴人决一死战，即使全军覆没也在所不惜。
第二天，就在乌维全力追赶李息时，一个令他困惑的消息传来——李息军背靠余吾水河摆出了决战的架势。乌维再次陷入迷茫之中，在思考了半天之后，他认为这是汉军的圈套，汉军一定是想利用前军拖住自己，在双方陷入苦战时再发出致命的一击，于是乌维决定，绕过余吾水河，待两支汉军会合后再进行正面的决战。乌维决定再拼上一拼，只要消灭了汉军骑兵主力，别说漠南，就是长城也会任自己驰骋。
于是，战场再一次出现奇怪的一幕，匈奴人绕过背水一战的李息部，用了一天时间从下游渡过余吾水河，隔河摆出了决战的阵势。而李息却被匈奴人此举弄得目瞪口呆，也担心这是匈奴人的诡计，不敢轻举妄动，直到看到刘据的主力才明白匈奴人为什么会有这么奇怪的举动。于是，两支汉军合兵一处，在休息了一晚后也做好了决战准备，双方都在等待黎明的到来。
当太阳再次升起的时候，汉军和匈奴军隔着余吾水河摆开了阵势，匈奴在北，汉军在南。匈奴一方有十四万骑兵，其中匈奴骑兵九万多人，其它部落四万多人；汉军一方也有超过十二万骑兵，其中北军的七个营的骑兵约九万，北疆的边军骑兵三万多人。应该说，这是一场势均力敌的战斗。
和草原上大多数河流一样，余扶水河并不宽也不深，就算现在是涨水季节，也可以让骑兵涉水过河，双方配备的强弓硬弩可以轻易地把箭射到对岸。由于北岸临近姑衍山，地势虽平，却要比南岸高出许多，这也是乌维要绕过余吾水河的一个重要原因。乌维将左右贤王的沿河岸排开，左贤王乌师庐的部队在东，右贤王句黎湖的部队在西，其它各部落的部队则布置在第二线，他自己最精锐的直属骑兵在最后押阵。乌维这样安排是想在汉军渡河时给汉军以重创，等汉军上岸后，再让二线部队拼个你死我活，到时候，休整之后的匈奴主力将给汉军以最后的冲击。
当刘据等人进抵南岸，选择了一处高地视察地形。各营主将看了看地形，都皱了皱眉头，觉得这仗不好打，但没有一个人说出口，他们都不想失去这一难得的机会。
霍光比较谨慎，他轻声提醒刘据：“殿下，这里的地势不利于我军骑兵的发挥啊。”
刘据在前一天晚上已经和张全商量过了，他决心不惜代价给敌人以重创，因为他知道，国家财力有限，如果这仗打不赢或不打，国家每年还要投入大量的人力物力以对抗匈奴，那么，至少在五年之内，甚至是十年之内，都不太可能再有这样进军的机会。
刘据指了指对岸，对霍光说：“对岸不过百里就是姑衍山，当年你哥哥在那祭过地，再过去一点就是狼居胥山，你哥哥在那祭过天。”说到这里，他又大声地对手下众将喊道：“过了今天，我们也要象冠军侯那样，去匈奴的王庭祭天、祭地！要用匈奴人的鲜血祭奠一百多年来战死在大漠的英雄们！所以，我们今天一定要打赢这一仗！”
“必胜！”“必胜！”“必胜！”刘据身边的将领和亲兵们都振臂高呼，很快，周围的汉军也跟着喊起来，而且越来越多。霍光也被刘据的话所激励，他现在也知道太子的决心，他没想到，自己一向认为柔弱的太子竟然说出这样的话来，一种豪情在他的心中荡起。
汉军很快也在南岸展开。北军的胡骑、长水两营和边军的三营在一线，羽林、越骑、虎贲三营在二线，屯骑和期门压阵。刘据听从张全的建议，将北军各营准备的床弩集中使用。床弩介于重型装备和轻装备之前，北军各营都装备有床弩，一般骑兵营只有数十张，步兵营略多，射声、中垒两营最多，有上千张。现在因为是远距离奔袭，各营没有携带重型装备，床弩数量也有限，特别是羽林、越骑两营都没有携带床弩。即使这样，刘据还是集中了三百张床弩集中使用，以掩护部队涉水抢渡。
乌维站在高处注视着对岸，余吾水河的两边都是骑兵，在不大的范围内，集中了双方二十几万大军，因为双方都是骑军，所以都离河边有上千步的距离，以便发挥战马的优势，用速度冲乱对方的阵形。乌维心中也很激动，这是他第一次指挥这么多人进行决战，他现在非常渴望获得这场战役的胜利，不仅是为了自己能够名垂青史，更是为了让匈奴人能够回到这片美丽的草原。
汉军开始动了，先是掌旗兵高举大汉军旗在整个队伍的最前边跑了一个来回，高喊着口号以激励所有的将士，接着，传令兵也举着令旗在阵前穿梭，把一道道命令带给不同的将领。一些接到命令的将领开始调动部队，汉军的进攻开始了。